課程設計(填料塔)

1、 填料塔課程設計設計題目： 甲醇-水分離過程填料精餾塔設計 院 別： 化學化工學院 專 業(yè)： 化學工程與工藝 姓 名： 鐘 陽 飛 1.甲醇水溶液填料塔設計1.設計題目甲醇溶液,組成為 甲醇30%、水70%（質(zhì)量分數(shù)），設計一精餾塔，塔頂餾出液含甲醇98%(質(zhì)量分數(shù)),塔底廢水中水含量為99%,處理量為20萬噸/年。2.操作條件(1)塔頂操作壓力 常壓。 (2)進料熱狀態(tài) 飽和液體進料(3)回流比 4:1 (4)塔底壓力 0.3MPa(表壓)3.塔板類型 填料塔4.設計內(nèi)容(1)物料衡算； (2)平衡級數(shù)； (3)精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算； (4)精餾塔的塔體工藝尺寸（塔高、他經(jīng)、

2、填料的類型及填料量等）計算；（5）填料層壓降的計算；（6）液體分布器的簡要設計；（7）精餾塔接管尺寸的計算；fehegg6254321ccbai填料塔結構圖塔體支撐板填料段固定壓板液體分布器除霧器排液口液面計接口人孔吸入液入口測壓口排氣口測濕口進氣口釜液出口654321符號意義ihgfedcba符號人圖繪圖 名繪圖人填料支撐裝置2.精餾塔的物料衡算2.1原料液及塔頂和塔底的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量 =32.04kg/kmol水的摩爾質(zhì)量 =18.02kg/kmol2.2物料衡算原料處理量：kmol/h=7.716kg/h D=262.76kmol/h=2.307kg/s W=1077.58kmo

3、l/h=5.409kg/s總物料衡算： F=D+W甲醇物料衡算： 聯(lián)立解得： D=28.54kmol/h W=58.97kmol/h3.由氣液相圖求出 圖2.4（1）甲醇-水t-x-y 相圖圖2.4（2）甲醇-水x-y相圖塔頂： 釜液： 進料：精餾段： 提餾段： 全塔：4.物性數(shù)據(jù)處理4.1平均摩爾質(zhì)量4.2 氣相密度的計算由可求4.3液相密度計算內(nèi)插關系式： 液相混合物密度： 其中， 、分別為A，B組分的質(zhì)量分率， 、分別為A，B純組分的密度。可根據(jù)塔頂、塔釜、加料板的質(zhì)量分率及各純組分的密度求得三處混合液的密度同時可計算三段的平均溫度 （2.9）表3.3.1 各組分的液相密度與溫度的關系溫

4、度（）甲醇密度（）水密度（）60754983.270746977.880736971.890725965.3100714958.4查表3.3.1并根據(jù)式（2.7）、（2.8）計算塔頂液相密度： （1） （2） （3）查表3.3.1并根據(jù)式（1）（2）（3）計算，=714.55 = 958.745 =614.874=969.525=748.8 根據(jù)公式計算全塔平均密度：4.4粘度的計算 內(nèi)插關系式: (1) 混合氣體的粘度 log=xA logA+(1-xA)logBm (2)各組分粘度與溫度的關系溫度/甲醇/Mpa.s水 /Mpa.s600.360.4688750.29780.381

5、3800.27700.356591.50.24900.31161000.22800.2838由（1），可求 dA=0.3330Mpa WA=0.2292Mpa fA=0.2684 MpadB=0.4280 MpaWB=0.2854 MpafB=0.3425 Mpa由（2）可求，=0.3359 Mpa=0.2850 Mpa fm=0.3290 Mpa 各Mpa 4.5表面張力的計算表4.5組分的表面張力與溫度的關系溫度/甲醇/*103N.m水/*103N.m6018.1666.27017.8264.38016.9162.610015.8260.710014.8958.8內(nèi)插關系式： （1） （2

6、）由公式可以得到： 有公式（2）得， 5. 塔體的工藝計算5.1液相的質(zhì)量流量及氣相質(zhì)量流量精餾段: =25.8975 提餾段: =32.00.083+18 (1-0.083)=19.1653 蒸汽的平均質(zhì)量流量精餾段: = 提餾段: = 5.2蒸汽速度和塔徑5.2.1蒸汽的極限空塔速度 由上圖求得蒸汽的平均溫度， =91.5 =75，故得精餾段的蒸汽密度 提餾段的蒸汽密度 液態(tài)時水和甲苯的密度為， 精餾段液體的粘度 X=0.2978 X=0.3813 Mpa提餾段液體的粘度 X =0.249 X=0.3116 Mpa由log精=x精 log精A+(1-x精)log精B X=0.7428 Mp

7、a由log提=x提 log提A+(1-x提)log提B X=0.3059 Mpa關于上升蒸汽的極限速度uf可按下式求算,由于我們選擇25mm的金屬矩鞍環(huán),故=209.1 , =0.76, =185m/m 亂堆型 式中 混合液體的粘度，Mpa對于精餾段 解得精餾段的蒸汽極限速度為=3.20m/s對于提餾段 解得提餾段的蒸汽極限速度為=3.69m/s5.2.2填料塔的塔徑 取操作速度u為蒸汽極限速度的70%，則=0.7=0.7=0.7=0.7故精餾塔的塔徑為提餾段塔徑為選取上下兩塔為相同的簡體標準直徑d=2.30m（3）塔中蒸汽的實際操作速度 分別為蒸汽極限速度的69.94%和63.52%。5.3

8、填料層高度和塔高精餾段為5塊，提餾段為5塊（再沸器在外）關于液泛時的等板高度,可用下式計算式中 填料的比表面積，m/m; 填料的自由體積，m/m; m平衡線平均正切;對精餾段，m=0.3604；提餾段m=1.1204；5.3.1精餾段填料層高度H的估算 將有關數(shù)據(jù)代入上式，可得 5.3.2提餾段填料層高度H的估算 5.4塔中填料層總高度H的估算及精餾塔總高度Hz H=+=1,55+0.85=2.40m取填料層高度為2m,則塔的總節(jié)數(shù)為兩節(jié)，其中，精餾段1節(jié)，提餾段1節(jié)。 精餾塔總高度可按下式計算 Hz=Zm+（n-1）+Z精+Z提式中 Z每節(jié)填料層高度，m； N填料節(jié)數(shù)，節(jié)； 相鄰兩節(jié)填料層距

9、離，m，其間有液體分布器，取=0.5m； Z精填料上方分離空間的高度，m； Z提填料與塔底間的距離，m；故塔的總高度為Hz= 表5.4.1 塔徑與填料上、下方離空間高度塔徑d，mmZ精，mm Z提，mm40010006001500120022001000200023001400225005.5噴淋密度最小噴淋量能夠維持填料的最小濕潤速度,其關系如下 =0.08185=14.8 m/(mh)式中 填料的比表面積，m/m; 最小噴淋密度, m/(m); 最小潤濕速率, m/(m)；圖5.5.1埃克特關聯(lián)圖與泛點線相對應的縱坐標為與泛點線相對應的橫坐標為=0.0488根據(jù)橫縱坐標查?？颂仃P聯(lián)圖得：其

10、中Z=8.9m 0.3MPa符合要求。6附件6.1接管尺寸的計算6.1.1進料管采用直管進料，管徑計算如下： 取=2m/s =則D=m查標準系列選取，則管內(nèi)徑D=84mm進料管實際流速：6.1.2回流管采用直管回流，回流管回流量：D=262.76=0.07299塔頂液相平均摩爾質(zhì)量：M=31.5486 平均密度：則流體流量：取管內(nèi)流速：uF=2則回流管直徑：則可取回流管規(guī)則 則管內(nèi)徑回流管內(nèi)實際流速：1.54586.1.3塔頂蒸汽接管塔頂蒸氣密度： 塔頂氣相平均摩爾質(zhì)量：則蒸汽體積流量： 取管內(nèi)流速：則回流管直徑：可取回流管規(guī)則： 則實際管內(nèi)徑：塔頂蒸汽的實際流速：6.1.4塔釜蒸汽排出管塔底

11、：W=1.7758 平均密度：平均摩爾質(zhì)量：M=18.08424體積流量：取管內(nèi)流速：則 可取流管規(guī)格 則實際直徑塔釜蒸汽接管實際流速：6.1.5塔底進料管 塔底蒸汽平均密度：塔釜氣相平均摩爾質(zhì)量：則塔釜蒸汽體積流量：取管內(nèi)流速：則可取管規(guī)格： 則管實際管徑：d=14mm則塔釜蒸汽實際流速：6.2液體分布器的選型該吸收塔塔徑較大,故選用槽式液體分布器.6.2.1分布點,密度計算按Eckort建議值,D1200時，噴淋點密度為42點/m，因該塔液相負荷較大，設計取噴淋點密度為120點/m.布液點數(shù)為n= 按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計.設計結果為:二級槽共設13道，在側面開口，槽

12、寬度為80mm，槽高度為210mm，而槽中心距為160mm，分布點采用三角型排列，實際設計點數(shù)為n=494點.分布點示意圖如圖所示6.2.2布液計算由L= ，取=（）=（）=0.0177m設計取=17.7mm其中： Ls液體流量，m/s n 開口數(shù)目（分布點數(shù)目） 孔流系數(shù) 孔徑，m 開孔上方的液體高度6.3法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標準法蘭，平焊法蘭由不同的公稱直徑選相應法蘭：進料管接法蘭:PN0.25MPa.DN40GB/HG20592-97回流管接法蘭:PN0.25MPa.DN40GB/ HG20592-97塔底出料管接法蘭:PN0.25MPa. DN40GB/ HG20592-97塔頂蒸汽出料管接法蘭: PN0.25MPa. DN40GB/ HG20592-97塔頂進氣管接法蘭: PN0.25MPa. DN40GB/ HG20592-97結論 本文設計了一個常壓填料精餾塔，分離含甲醇0.3，水0.7（以下皆為質(zhì)量分率）的水溶液，其中混合液進料量為7.716kg/h，進料為飽和液體進料，回流比為3.45要求獲得0.98的塔頂產(chǎn)品和0.01的塔釜產(chǎn)品,再沸器用水蒸汽作為加熱介質(zhì),塔頂全凝器采用冷水為冷凝介質(zhì).通過翻閱大量的資料進行物性數(shù)據(jù)處理、結構計算、流體力學